در دهه گذشته، با ظهور ارزهای دیجیتال و فناوری بلاک‌چین، یک انقلاب در عرصهٔ مالی و فناوری رخ داده است. ارزهای دیجیتال نه تنها به عنوان وسیله‌ای برای انتقال ارزش بین افراد، بلکه به عنوان یک روش نوین و امن برای ذخیره سرمایه مورد توجه قرار گرفته‌اند. یکی از ویژگی‌های برجسته ارزهای دیجیتال، غیرمتمرکز بودن آن‌هاست که این امر به دلیل استفاده از فناوری بلاک‌چین و الگوریتم‌های اجماع خاص خود رخ می‌دهد.
در این مقاله، به بررسی یکی از این الگوریتم‌های اجماع یعنی الگوریتم اثبات سهام (PoS) می‌پردازیم. این الگوریتم که یک جایگزین قدرتمند برای الگوریتم معروف اثبات کار (Proof of Work) است، امکانات زیادی را برای شبکه‌های بلاک‌چین فراهم می‌کند. در ادامه مقاله، به بررسی عملکرد، مزایا و معایب، و نیز کاربردهای الگوریتم اثبات سهام در شبکه‌های بلاک‌چین مختلف می‌پردازیم.
هدف اصلی این مقاله، آشنایی شما با اصول و کاربردهای الگوریتم اثبات سهام و درک بهتر از اینکه چگونه این الگوریتم می‌تواند به ایجاد شبکه‌های بلاک‌چین غیرمتمرکز، امن و کارآمد کمک کند، است. در ادامه مطالب، با مفاهیم اصلی الگوریتم اثبات سهام آشنا شده و به بررسی مزایا و معایب، نقاط قوت و ضعف، و نیز موارد کاربردی آن خواهیم پرداخت.
الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) چیست؟
الگوریتم اجماع اثبات سهام (PoS) یک الگوریتم است که در شبکه‌های بلاک‌چین استفاده می‌شود تا مالکان سهام برای تولید بلاک‌ها و تأیید تراکنش‌ها هماهنگ شوند و اطمینان از امنیت شبکه حاصل شود. این الگوریتم‌ها از مجموعه‌ای از قوانین و معیارها برای تعیین اینکه کدام مالک سهام باید بلاک را ایجاد یا تأیید کند، استفاده می‌کنند.
چندین الگوریتم اجماع اثبات سهام وجود دارد، از جمله:
Algorand: این الگوریتم از مفهوم انتخاب تصادفی با استفاده از آلگوریتم VRF (انتخاب تصادفی قابل اثبات) برای انتخاب بلاک‌تولیدکنندگان استفاده می‌کند و همچنین از مکانیزم‌های تصحیح خطا برای تصحیح هرگونه خطای ممکن در فرآیند انتخاب بلاک‌ها استفاده می‌کند.
Ethereum 2.0 (Casper) : Ethereum 2.0 از یک ترکیب از الگوریتم‌های Casper PoS برای اجماع استفاده می‌کند که شامل Casper FFG (به عنوان یک لایه PoW/PoS هجومی) و Casper CBC (به عنوان یک لایه PoS تماماً) می‌شود.
Tezos : Tezos از یک مکانیزم اجماع به نام “Liquid Proof of Stake” (LPoS) استفاده می‌کند که اجازه می‌دهد تمام دارندگان سهام شرکت در فرآیند تصمیم‌گیری و ایجاد بلاک داشته باشند.
این الگوریتم‌ها هر کدام ویژگی‌ها و مزایا و معایب مخصوص به خود را دارند و بسته به نیازها و مشخصات خاص هر شبکه بلاک‌چین، از یکی از آنها استفاده می‌شود.
مزایای اثبات سهام (PoS)
مزایای اثبات سهام (PoS) نسبت به روش‌های دیگر اجماع در شبکه‌های بلاک‌چین شامل موارد زیر است:
کارایی انرژی: اثبات سهام نیاز به مصرف انرژی کمتری دارد نسبت به اثبات کار (PoW)، چرا که برای تولید بلاک‌ها نیازی به انجام محاسبات پرهزینه نیست. این به معنای کاهش هزینه‌ها و کاهش تأثیرات مخرب زیست‌محیطی است.
تسهیل مقیاس‌پذیری: اثبات سهام به راحتی می‌تواند مقیاس‌پذیری را ارتقاء دهد، زیرا نیاز به توان محاسباتی زیاد برای تولید بلاک‌ها وجود ندارد. این به این معناست که شبکه‌های PoS می‌توانند تعداد بیشتری از تراکنش‌ها را پشتیبانی کنند بدون افزایش هزینه‌ها و مصرف انرژی.
کاهش تمرکز قدرت: در اثبات کار، معمولاً ماینرهایی که دسترسی به تجهیزات محاسباتی قدرتمند دارند، قدرت بیشتری در شبکه دارند. اما در اثبات سهام، قدرت تصمیم‌گیری بر اساس میزان سهام در اختیار مالکان است که به توزیع بهتر قدرت کمک می‌کند و خطر تمرکز بیشتری را کاهش می‌دهد.
تشویق به نگهداری سهام: اثبات سهام تشویق می‌دهد تا افراد سهام خود را در شبکه نگه دارند تا به عنوان وثیقه (Stake) شرکت کنند و به دنبال حفظ امنیت شبکه باشند. این ایده تشویق به تمدن بیشتری در شبکه و کاهش حوادث مخربی مانند حملات ۵۱٪ می‌کند.
معاملات سریعتر: بدون نیاز به محاسبات پیچیده برای تولید بلاک‌ها، زمان تأیید تراکنش‌ها در شبکه‌های PoS معمولاً کوتاه‌تر است. این به معنای افزایش سرعت معاملات و بهبود تجربه کاربری است.
این مزایا نشان می‌دهد که اثبات سهام یک الگوریتم موثر و قابل توجه برای اجماع در شبکه‌های بلاک‌چین است، با ارائه یک ترکیب از کارایی، انعطاف‌پذیری، و امنیت.
مزایای الگوریتم اثبات سهام (PoS) برای شبکه
صرف انرژی کمتر: در الگوریتم PoS، نیاز به مصرف انرژی برای تأیید تراکنش‌ها و ایجاد بلوک‌ها کمتر است، این امر باعث کاهش مصرف انرژی و سبب حذف دستگاه‌های ماینینگ معمولی می‌شود که از توان محاسباتی بسیار بالایی استفاده می‌کنند.
سرعت بیشتر در تراکنش‌ها: به دلیل کاهش زمانی که برای ایجاد بلوک‌های جدید و تأیید تراکنش‌ها صرف می‌شود، شبکه‌های PoS توانایی پردازش بیشتری در واحد زمانی مشخص دارند. این امر باعث افزایش تعداد تراکنش‌های درون‌زنجیره‌ای در هر ثانیه (TPS) و سرعت بیشتر در انتقال دارایی‌ها در داخل شبکه می‌شود.
امنیت بالاتر: در PoS، اعتبارسنج‌ها معمولاً از مالیات کنترل میزان قابل توجهی از توکن‌های شبکه را در اختیار دارند. این امر انگیزه‌ای برای آنها ایجاد می‌کند تا به شکل صادقانه در فعالیت‌های شبکه مشارکت کنند و امنیت آن را تضمین کنند. همچنین مکانیزم قفل‌کردن توکن‌ها و مشارکت اعتبارسنج‌ها در فرآیند تصمیم‌گیری و اجماع، از حملاتی مانند حملات Nothing at Stake و حملات دوربرد جلوگیری می‌کند.
مزایا برای دارندگان کوین
دریافت پاداش تنها از طریق نگهداری کوین‌ها: دارندگان کوین‌ها می‌توانند به سادگی با نگهداری کوین‌ها در کیف پول خود، بدون نیاز به هزینه‌های اضافی یا انجام فعالیت‌های ویژه، پاداش‌های شبکه را دریافت کنند.
مشارکت در امنیت شبکه: دارندگان کوین‌ها می‌توانند بخشی از سهام خود را به اعتبارسنج‌ها بدهند تا در فرآیند تصمیم‌گیری و اجماع در شبکه مشارکت کنند. این امر از دیدگاه دارندگان کوین، بهبود امنیت شبکه را ایجاد می‌کند و در عین حال فرصتی برای کسب سود فراهم می‌کند.
با توجه به این مزایا، الگوریتم اثبات سهام (PoS) به‌عنوان یک جایگزین موثر و پراهمیت برای الگوریتم اثبات کار (PoW) در شبکه‌های بلاک‌چین مطرح شده است.
معایب اثبات سهام (PoS)
اگرچه اثبات سهام (PoS) دارای مزایا زیادی است، اما همچنین معایب خاصی نیز دارد. برخی از این معایب عبارتند از:
تمرکز سهام: در برخی از شبکه‌های PoS، ممکن است مشکل تمرکز سهام وجود داشته باشد، به این معنا که چندین مالک با سهام زیاد می‌توانند قدرت کنترل شبکه را به دست بگیرند. این موضوع می‌تواند به نفع این افراد تمرکز سهام ایجاد کند و امنیت شبکه را تهدید کند.
حملات خطرناک: در PoS، حملات خطرناکی مانند حمله کنترل ۵۱٪ (51% Attack) همچنان وجود دارند. اگر یک گروهی ۵۱ درصد یا بیشتر از توان محاسباتی را در اختیار داشته باشند، می‌توانند تصمیمات شبکه را تحت کنترل خود درآورند و تراکنش‌های جعلی انجام دهند یا تأیید تراکنش‌های معتبر را متوقف کنند.
کمبود محرک‌های مالی برای نگهداری سهام: در برخی موارد، ممکن است مالکان سهام انگیزه کافی برای نگهداری سهام خود را نداشته باشند و سعی کنند سهام خود را به فروش برسانند. این می‌تواند منجر به کاهش امنیت شبکه و ناپایداری آن شود.
مسائل تعادل اقتصادی: PoS به مفهوم دارایی‌محور است، به این معنا که افرادی که سهام بیشتری دارند، دارای قدرت بیشتری در شبکه هستند. این ممکن است باعث تأثیر معاملات این افراد بر روی اجتماع و اقتصاد شود، که ممکن است به ناکارآمدی و ناپایداری شبکه منجر شود.
هر یک از این معایب نیازمند راهکارها و مکانیزم‌های مناسب برای مدیریت و کاهش آنها هستند. توسعه‌دهندگان شبکه‌های PoS باید این مسائل را به دقت مدیریت کنند تا امنیت، پایداری و اعتماد به شبکه را تضمین کنند.
اثبات سهام (PoS) در مقابل اثبات کار (PoW)
اثبات سهام (PoS) و اثبات کار (PoW) دو روش مختلف برای تأمین امنیت و اجماع در شبکه‌های بلاک‌چین هستند، هر کدام با مزایا و معایب خود.
اثبات سهام (PoS):
کمترین مصرف انرژی: PoS نیاز به مصرف انرژی کمتری نسبت به PoW دارد، زیرا برای تولید بلاک‌ها نیاز به محاسبات پیچیده نیست.
مقیاس‌پذیری بهتر: بدون نیاز به محاسبات پرهزینه، PoS به مقیاس‌پذیری بهتری اجازه می‌دهد و تعداد بیشتری از تراکنش‌ها را پشتیبانی می‌کند.
کمترین خطر تمرکز قدرت: در PoS، تمرکز قدرت کمتری نسبت به PoW وجود دارد، زیرا قدرت تصمیم‌گیری بر اساس میزان سهام در اختیار مالکان است.
اثبات کار (PoW):
امنیت بالا: PoW به دلیل نیاز به مصرف انرژی زیاد، امنیت بالایی دارد. حملات مانند حمله کنترل ۵۱٪ (51% Attack) بسیار دشوار تر انجام می‌شوند.
توزیع عادلانه: PoW به نسبت توزیع عادلانه‌تری از ارز را فراهم می‌کند، زیرا برای کسب ارز نیاز به هزینه‌های سرمایه و زمان بیشتری دارد.
ثبات بیشتر: به عنوان روشی که بر اساس توان محاسباتی است، PoW پایداری بیشتری دارد و ممکن است معیار بهتری برای ارزش‌گذاری دارایی باشد.
باید توجه داشت که هر روش دارای مزایا و معایب خود است و انتخاب بین این دو بستگی به ویژگی‌های خاص شبکه، اولویت‌های توسعه‌دهندگان و ترکیب اجتماعی آنها دارد. به طور کلی، PoS به عنوان یک جایگزین به مصرف انرژی زیاد PoW مطرح شده است، اما هنوز به مشکلات و چالش‌های خود از جمله تمرکز سهام باید توجه شود و راهکارهایی برای مدیریت آنها ارائه شود.
ارزهای دیجیتال معروف که از PoS استفاده می‌کنند:
چندین ارز دیجیتال از الگوریتم اثبات سهام (PoS) برای اجماع در شبکه‌های خود استفاده می‌کنند. برخی از ارزهای دیجیتال معروف که از PoS استفاده می‌کنند عبارتند از:
Ethereum 2.0 (ETH) : Ethereum، یکی از بزرگترین و پرکاربردترین ارزهای دیجیتال، در حال انتقال از اثبات کار (PoW) به اثبات سهام (PoS) است، با طرح Ethereum 2.0.
Cardano (ADA) : Cardano یکی از ارزهای دیجیتال محبوب است که از PoS به عنوان الگوریتم اجماع استفاده می‌کند. آنها از الگوریتم Ouroboros به عنوان الگوریتم PoS خود استفاده می‌کنند.
Tezos (XTZ) : Tezos یکی دیگر از ارزهای دیجیتالی است که از PoS استفاده می‌کند. آنها از یک مکانیزم به نام Liquid Proof of Stake (LPoS) برای اجماع استفاده می‌کنند.
Polkadot (DOT) : Polkadot نیز از PoS به عنوان روش اجماع استفاده می‌کند. آنها از الگوریتم Nominated Proof of Stake (NPoS) برای انتخاب و تأیید بلاک‌ها استفاده می‌کنند.
Cosmos (ATOM) : Cosmos یک پلتفرم ارتباطی بین شبکه‌های بلاک‌چین است که از PoS به عنوان الگوریتم اجماع استفاده می‌کند. آنها از Cosmos Hub و الگوریتم Tendermint استفاده می‌کنند.
این فقط چند مثال از ارزهای دیجیتال هستند که از PoS به عنوان الگوریتم اجماع استفاده می‌کنند. بسیاری از ارزهای دیجیتال دیگر همچنین از PoS استفاده می‌کنند یا به آن منتقل شده‌اند، همچنین پروژه‌های جدیدتر نیز از PoS به عنوان روش اجماع استفاده می‌کنند زیرا از مزایای آن استفاده می‌کنند از جمله مصرف انرژی کمتر و مقیاس‌پذیری بهتر.
سخن پایانی
در مقالهٔ فوق، به بررسی الگوریتم اثبات سهام (PoS)، یکی از الگوریتم‌های اصلی اجماع در شبکه‌های بلاک‌چین پرداختیم. این الگوریتم با ارائهٔ یک روش متفاوت برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلوک‌ها، به مزایایی همچون کاهش مصرف انرژی، افزایش سرعت تراکنش‌ها، و افزایش امنیت شبکه منجر شده است.
با وجود مزایای بسیاری که الگوریتم اثبات سهام ارائه می‌دهد، لازم است به معایب و چالش‌های آن نیز توجه کنیم. از جمله معایبی که ممکن است با این الگوریتم مواجه شویم، می‌توان به حملات Nothing at Stake و حملات دوربرد اشاره کرد که باید با روش‌های مناسب مدیریت شوند.
در کل، الگوریتم اثبات سهام به عنوان یک گزینه قدرتمند برای ایجاد شبکه‌های بلاک‌چین متمرکز و امن، با توجه به مزایا و معایب خود، توانسته است جایگاه خود را در جهان دیجیتال به خوبی پایدار کند و از آنجا که همچنان در حال توسعه و بهبود است، می‌تواند در آیندهٔ نزدیک نقش بسیار مهمی در صنعت بلاک‌چین داشته باشد.
سوالات متداول
۱. الگوریتم اثبات سهام (PoS) چیست؟
الگوریتم اثبات سهام یک روش اجماع است که برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلوک‌ها در شبکه‌های بلاک‌چین استفاده می‌شود. در این الگوریتم، به جای استفاده از قدرت محاسباتی، اندازه سهام یا ارز متناسب با تعداد توکن‌هایی که فرد در اختیار دارد، مد نظر قرار می‌گیرد.
۲. مزایا و معایب الگوریتم اثبات سهام چیست؟
مزایای الگوریتم اثبات سهام شامل کاهش مصرف انرژی، افزایش سرعت تراکنش‌ها، افزایش امنیت شبکه، و ایجاد امکان مشارکت بیشتر فردی در اجماع است. اما معایبی همچون حملات Nothing at Stake و حملات دوربرد نیز وجود دارد که باید با طراحی مناسب روش‌های مقابله شوند.
۳. چه ارزهای دیجیتالی از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کنند؟
برخی از ارزهای دیجیتالی که از الگوریتم اثبات سهام استفاده می‌کنند، شامل اتریوم (Ethereum)، کاردانو (Cardano)، ترون (Tron)، و اکوسیستم Polkadot می‌شوند.
۴. چگونه الگوریتم اثبات سهام از الگوریتم اثبات کار (PoW) متمایز است؟
در الگوریتم اثبات سهام، نیاز به مصرف انرژی برای تأیید تراکنش‌ها و تولید بلوک‌ها کمتر است و به جای آن، توکن‌هایی که فرد در اختیار دارد، نقش تعیین‌کننده‌ای در اجماع دارند. این باعث می‌شود که سرعت تراکنش‌ها افزایش یابد و مصرف انرژی کاهش یابد.
۵. چطور می‌توان از مزایای الگوریتم اثبات سهام برای شبکه‌های بلاک‌چین استفاده کرد؟
با انتخاب مناسب توکن‌هایی که برای اجماع در شبکه استفاده می‌شوند و طراحی سیاست‌های مناسب مربوط به توزیع این توکن‌ها، می‌توان از مزایای الگوریتم اثبات سهام برای بهبود عملکرد، امنیت و انعطاف‌پذیری شبکه‌های بلاک‌چین استفاده کرد.
